La agregación del suelo juega un papel crítico en el mantenimiento de la estructura del suelo y la productividad de los cultivos. La fertilización influye en la agregación del suelo, especialmente al regular el carbono orgánico del suelo (SOC) y los contenidos totales de nitrógeno (TN) en las fracciones de agregados. Aquí, realizamos un experimento de campo en un sitio fijo para cuantificar el efecto de cinco tasas de aplicación de N: 0, 75, 150, 225 y 300 kg·N·ha, denominadas N0, N75, N150, N225 y N300, respectivamente, en la estabilidad de los agregados del suelo, la secuestración de SOC y TN asociada a los agregados y la productividad de los cultivos. Los agregados del suelo se dividieron en >0.25 (>5, 5-2, 2-1, 1-0.5, 0.5-0.25) y 0.25 mm), disminuyó la proporción de microagregados (5 mm macroagregados en N225 aumentó significativamente en un 19.24% bajo tamizado en seco ( < 0.05). Con el aumento en la tasa de aplicación de N, los contenidos de SOC y TN a granel aumentaron primero y luego disminuyeron, y el SOC y TN de N225 aumentaron significativamente en un 17.75% y un 72.33% en comparación con N0 ( < 0.05). Específicamente, la fertilización promovió la distribución y enriquecimiento de SOC y TN en macroagregados y redujo el C/N de los microagregados y la contribución de SOC y TN en los microagregados. En comparación con N0, la tasa de contribución de macroagregados al SOC y TN de N225 bajo tamizado húmedo aumentó significativamente en un 84.13% y un 17.18%, respectivamente, mientras que el C/N de los microagregados de N225 bajo métodos de tamizado húmedo y en seco disminuyó significativamente en un 45.95% y un 31.74%, respectivamente ( < 0.05). Además, la fertilización mejoró el rendimiento, y N225 aumentó significativamente el rendimiento total en un 80.68% en comparación con N0 ( < 0.05). En conclusión, N225 fue la aplicación de N adecuada para mejorar la estabilidad de los agregados del suelo, la secuestración de carbono y nitrógeno, y la productividad de los cultivos en la meseta de loess, China.